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铁碳合金的基本显微组织

钢铁是工业中用的最多的合金材料,其中仅仅由铁与碳两钟元素组成的合金,称为碳素钢。


    在铁碳合金中,碳与铁可以形成固溶体,也可以组成化合物,或者形成两者的混合物。

    由此演化出来的基本组织类型有:奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体、萊氏体、魏氏组织和碳化物等。

1、奥氏体

    奥氏体是碳溶解在γ-Fe(伽马铁)中的间隙固溶体,其溶碳能力较大。

    奥氏体是在大于727℃高温时才能稳定存在的组织。

    奥氏体塑性好,是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。

铁碳合金的基本显微组织

2、铁素体

    碳溶于α-Fe(阿尔法铁)中的间隙固溶体称为铁素体,是结构钢最基础的主要组成相。

    由于α-Fe(阿尔法铁)是体心立方晶格结构,它的晶格间隙很小,因而溶碳能力极差,在727℃时溶碳量最大,可达0.0218%,随着温度的下降溶碳量逐渐减小,在600℃时溶碳量约为0.0057%,在室温时溶碳量几乎等于零。

    由于铁素体的溶碳能力很小,含碳量也很低,其性能与纯铁相似,塑性、韧性很好,强度、硬度较低。

铁碳合金的基本显微组织

3、马氏体

    马氏体是碳与合金元素在α-Fe(阿尔法铁)中的过饱和固溶体。

    马氏体是由呈现面心立方晶格的γ-Fe(伽马铁)的溶碳能力较高的高温奥氏体组织,在急速冷却(淬火)条件下,降到马氏体转变温度(Ms)时,则奥氏体中固 溶的碳原子没有时间扩散出γ-Fe(伽马铁)晶胞,就直接进入了体心立方的α-Fe(阿尔法铁)晶格中,而这种晶格的溶碳能力是很低的,则形成了过饱和间 隙固溶体,即发生了这种无扩散相变的马氏体转变。

    由于间隙固溶的碳元素发生了过饱和固溶,使α-Fe(阿尔法铁)的晶格发生一定程度的畸变,其组织的最主要特点是具有高硬度和高强度。

铁碳合金的基本显微组织

4、渗碳体

    渗碳体是铁碳合金凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物,即铁和碳组成的金属化合物,其熔点为1227℃左右,因而可分为一次渗碳体(从液体相中析出)、二次渗碳体(从奥氏体中析出)和三次渗碳体(从铁素体中析出)。

    渗碳体中含碳量高、熔点高、抗拉强度高,但塑性和冲击韧性近于零。在钢中,渗碳体以不同形态和大小的晶体出现在组织中,对钢的力学性能影响很大,是碳钢中主要的强化相。

铁碳合金的基本显微组织

5、珠光体

    珠光体是铁的固溶体(铁素体)和金属化合物(渗碳体)所组成的机械混合物。

    在珠光体中,铁素体占88%,渗碳体占12%。

    珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间,强韧性较好。

铁碳合金的基本显微组织

6、贝氏体

    贝氏体是钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下,马氏体转变温度区间以上这一中温度区间((350~550℃),即所谓“贝氏体转变温度区间”)转变而成,它是由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的复相(即两相混合物)组织。

    贝氏体转变既具有珠光体转变,又具有马氏体转变的某些特征,而且贝氏体组织具有较高的强韧性配合。

    在硬度相同的情况下,贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体,因此钢铁材料中的基体组织,能获得贝氏体是比较理想的。除了采用“等温淬火”的方法以外,也可在钢中加入合金元素,冶炼成贝氏体钢,如我国的14CrMnMoVB和14MnMoVB等。

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